Qué es un sensor de fuerza: principio de funcionamiento y aplicación

Hay muchas leyes de la física basadas en el concepto de Fuerza. La fuerza, cuando se aplica a un objeto de masa m, cambia la velocidad del objeto. Hay muchos conceptos relacionados con la fuerza, como empuje, arrastre y par. Cuando se aplica a un objeto, el empuje aumenta la velocidad del objeto, mientras que el arrastre disminuye la velocidad y el par genera cambios en la velocidad de rotación del objeto. Cuando hay una distribución equilibrada de fuerzas en el objeto, no se ve aceleración. Con los avances en tecnología, se presenta un sensor que puede ayudar a monitorear la fuerza conocido como sensor de fuerza.

¿Qué es un sensor de fuerza?

Sir Franklin Eventoff en la década de 1970 descubrió que ciertos materiales, cuando se someten a una fuerza, pueden cambiar sus valores de resistencia. Estos materiales se conocían como resistencias de detección de fuerza. Estos materiales se utilizan para producir un sensor capaz de medir la Fuerza. Un sensor de fuerza es un sensor que ayuda a medir la cantidad de fuerza aplicada a un objeto. Al observar la cantidad de cambio en los valores de resistencia de las resistencias de detección de fuerza, se puede calcular la fuerza aplicada.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento general de los sensores de fuerza es que responden a la fuerza aplicada y convierten el valor en una cantidad medible. Hay diferentes tipos de sensores de fuerza disponibles en el mercado basados ​​en varios elementos de detección. La mayoría de los sensores de fuerza están diseñados con resistencias de detección de fuerza. Estos sensores consisten en una película de detección y electrodos.

El principio de funcionamiento de una resistencia de detección de fuerza se basa en la propiedad de "resistencia de contacto". Las resistencias de detección de fuerza contienen una película de polímero conductor que cambia su resistencia de manera predecible cuando se aplica una fuerza a su superficie. Esta película está formada por partículas eléctricamente conductoras y no conductoras de tamaño submicrónico dispuestas en una matriz. Cuando se aplica una fuerza a la superficie de esta película, la partícula microscópica toca los electrodos del sensor, cambiando la resistencia de la película. La cantidad de cambio causado a los valores de resistencia da la medida de la cantidad de fuerza aplicada.

Para mejorar el rendimiento de las resistencias Force-Sensing, se realizan varios esfuerzos con múltiples enfoques diferentes, como, para minimizar la deriva del polímero, se prueban varias configuraciones de electrodos, se prueban sensores reemplazando el polímero con nuevos materiales como nanotubos de carbono, etc.

Aplicaciones del sensor de fuerza

El uso principal del sensor de fuerza es medir la cantidad de fuerza aplicada. Hay diferentes tipos y tamaños de celdas de carga disponibles para diferentes tipos de aplicaciones. Algunas de las aplicaciones de sensores de fuerza que utilizan resistencias de detección de fuerza incluyen botones de detección de presión, en instrumentos musicales, como sensores de ocupación de automóviles, en miembros artificiales, en sistemas de pronación del pie, realidad aumentada, etc.

Ejemplos de sensores de fuerza

Hay muchos tipos de celdas de carga disponibles para diferentes tipos de aplicaciones. Algunos de los ejemplos de sensores de fuerza son células de cargasensores neumáticos, sensores capacitivos, sensores extensométricos, sensores hidráulicos, etc.

Además de los sensores de fuerza, también existe una categoría de sensores de fuerza. La principal diferencia entre un sensor de fuerza y ​​un transductor de fuerza es que el transductor convierte la cantidad de fuerza medida o aplicada en una pequeña señal de salida de voltaje eléctrico medible. Mientras que la salida de un sensor de fuerza no es un voltaje eléctrico.

Ventajas de FSR

La celda de carga de galgas extensométricas es un sensor de fuerza, así como un transductor de fuerza. En comparación con todos los demás sensores de fuerza, los sensores de fuerza con resistencias de detección de fuerza ofrecen varias ventajas, como tamaño pequeño, bajo costo y buena resistencia a los golpes. Debido a su pequeño tamaño, se utilizan en la electrónica portátil y en la interacción móvil mejorada. El principal inconveniente de estos sensores es su baja precisión ya que sus medidas difieren en un 10%.

Los sensores de fuerza basados ​​en resistencias de detección de fuerza también se conocen como FSR. Los sensores FSR se utilizan en los sistemas de transporte para medir la cantidad de estrés que se aplica a las mercancías a medida que se mueven de un lugar a otro. La operación del FSR se puede cambiar cambiando las propiedades de las resistencias de detección de fuerza.

Las resistencias de detección de fuerza requieren una interfaz pequeña y pueden funcionar en entornos moderadamente hostiles. Aquí, las pequeñas partículas conductoras y no conductoras se formulan para reducir la dependencia de la temperatura del sensor, aumentar la durabilidad de la superficie del sensor y mejorar sus propiedades mecánicas.

Con el avance de la tecnología, los sensores juegan hoy un papel crucial en la medición de varios fenómenos físicos. Su pequeño tamaño y gran durabilidad nos ayudan a utilizarlos en electrónica portátil. Hoy en día, hay sensores disponibles para medir la tensión, la presión, la temperatura, el color, etc. Las resistencias de detección de fuerza se patentaron en 1977. ¿Cuál es la unidad SI de fuerza?